NeoPixel と紙でフルカラー LED イルミネーションオブジェを作ってみた

こんばんは。

この時季になると、電子工作で LED イルミネーションを作ってくれとよく頼まれることがあるのですが、この時季限定だけでなく、通年で使用できるものが作れないかなぁと、いつも考えていました。

ということで、王道のフルカラーLED をいろいろと試していたのですが、安価なコピー用紙と組み合わせたら、意外と面白い卓上（デスクトップ）オブジェができたので報告したいと思います。

使ったマイコンはお馴染みの ESPr Developer ( ESP-WROOM-02, ESP8266 ) で、LED は　Adafruit の NeoPixel Ring 12連フルカラーです。

まず、以下の動画をご覧ください。

続いて、室内を暗くした場合はこんな感じに見えます。

いかがでしょうか。
最も安価なコピー用紙をクルッと巻いただけのものです。
どこかで見たような形かも知れませんが、即席で作ったものなのでご容赦ください。

15秒毎に点灯パターンが自動的に変わるようにしました。
最初は RGB カラー ( Red, Green, Blue )の回転。
次がブルーのみ。
次が CMY カラー（シアン、マゼンダ、イエロー）。
最後にオレンジとグリーン２色の回転です。
オレンジとグリーンは「和」の感じがしますね。

最初の動画では、室内が明るくても、かなりクッキリ色が出ています。
これ、LED素子を裸眼で直視すると危険なほど明るいです。
全素子をフル点灯させると照明装置として使えそうなほどです。
そんなわけで、※LED素子は直視しないようにしてください。
多分、直視し続けると目に悪影響を与えるのは間違いないです。
気を付けてください！

因みに、今回はちょっと反則的なことをやってます。
後でも述べますが、AdafruitのNeoPixelは5V動作です。
今回は3.3V動作させていますが、間にロジックレベル変換を入れてもスムースに動作しなかったので、規格外ですが3.3Vで動作させています。
近いうちに安定動作するロジックレベル変換を間に入れた回路を報告できたらと思っています。今回はあくまで、試しということでご了承ください。

また、これはArduino UNO でやると確実に安定動作しますので、ESPr Developer でうまくいかない場合はそれで試してみてください。

ということで、3.3Vでもこれだけ明るければ、コピー用紙なんぞも透けて色が出るので面白い効果が出ますね。
こんな風に間接的照明的に使うと良いのですが、それでもデスクトップ上でフル点灯は眩しいです。

色を工夫して、中に置くものを白いミニチュアツリーにすれば、クリスマスの時季でも使えるし、正月は竹のイメージで鏡餅の隣に置けそうな気がします。
見方によっては、植物やケーキ、又は、どこかの怪しい建物にも見えてしまいますね。
まぁ、あくまで個人的な意見ですが・・・。

では、これの作り方を説明していきます。

注意事項として、以下のLEDはかなり強い光を出しますので、常時フル点灯させていると熱を持ちます。プラスチックなどを素子に接触させないように注意してください。
あとは自己責任ということですので、ご了承ください。

この記事以降 NeoPixel で光ファイバーオブジェ作ったり、スマホでコントロールするようにしてみたりしたので、合わせてご覧ください。

https://www.mgo-tec.com/blog-entry-neopixel-optical-fiber-led-obj.html

https://www.mgo-tec.com/blog-entry-obj-led-color-smartphone-wifi.html

１．電子工作用の準備

まずは、マイコン制御部の電子工作側の準備から説明します。
オブジェ部分は後で説明します。

●ESPr Developer ( ESP-WROOM-02 開発ボード)
スイッチサイエンス製
Amazon.co.jp

ESP-WROOM-02開発ボード

スイッチサイエンス(Switch Science)

ESPr Developer(ピンソケット実装済)

スイッチサイエンス(Switch Science)

これにはピンヘッダが付いておりませんので、別途購入が必要です。

これは、当ブログで何度も紹介している、超おすすめマイコンボードです。
日本の電波法をクリアさせた、ESPRESSIF社のESP-WROOM-02 を、スイッチサイエンスさんが、USBシリアル変換、電源レギュレーター、ロジック変換までパッケージにしたものです。
Arduino IDE で開発ができて、しかもArduino MEGA よりも多いメモリ。
そしてWi-Fi ( 2.4GHz帯 )通信ができるという優れものです。
これ一つでIoTっぽいことが直ぐに実現できてしまいます。

●Arduino UNO

Arduino Uno Rev3 ATmega328 マイコンボード A000066 白

Arduino (アルドゥイーノ)

￥4,262（2024/04/19 00:55時点）

ESPr Developer でうまく動かない場合はこれを使用してください。
5Vロジックなので、確実に動作します。

●NeoPixel Ring – 12連フルカラーシリアルLED
Adafruit製

Adafruit NeoPixel Ring 12連フルカラーシリアルLED 【1643】

Adafruit

￥1,571（2024/04/19 13:53時点）

ここで紹介しているものは、Amazon.co.jp のスイッチサイエンスさん販売のものです。
これにはピンヘッダが付いておりません。
スイッチサイエンスさんで購入すると、小さいものはネコポス（郵便ポスト投函）なので、とても便利です。

●ブレッドボード
お薦めのブレッドボードはこれです。

サンハヤト SAD-101 ニューブレッドボード

サンハヤト

￥529（2024/04/19 08:43時点）

これは、ESPr Developer を挿しても、両サイドとも２列の空きがあるので、とても重宝してます。

●固いジャンパーワイヤー
今回使うジャンパーワイヤーはこういうタイプが良いです。

サンハヤトジャンプワイヤキット SKS-140 単線タイプのワイヤのセット品

サンハヤト

￥1,433（2024/04/19 18:50時点）

●2.54mm ピンヘッダ

1×20=20P ピンヘッダメッキなし 2.54mmピッチ 2個入＜con-051＞

札幌貿易(Sapporo Boueki)

￥85（2024/04/19 18:29時点）

●その他、ハンダこて、ハンダ、ニッパ、USBケーブル、パソコン等

２．オブジェ用の準備

●丸カップ 86-120
今回使ったものは、ずっと前にホームセンターで買って余っていたものを使いました。
材質A-PETの丸カップで開口部86mm、120ccのものです。

同じようなものがAmazon.co.jpにもありました。

C-AP 丸カップ 86-120 本体+フタセット 50枚透明カップ業務用

中央化学(Chuo Kagaku)

￥704（2024/04/19 13:53時点）

これは使ったことが無いので、今回の工作に合うかどうか分かりません。
底のサイズや形状が気になりますが、おそらく合いそうな気がします。
（合わなかったらスミマセン）
このカップはハサミで簡単にカットできるので、今回の工作にピッタリです。
これと似たものであれば何でも構わないと思います。

●コピー用紙（または格安プリンター用紙）　１枚
これは何でも結構ですが、高価な厚手の紙はダメです。
安価な薄手の紙で十分です。
要するに、光で透けなければ意味がありません。
もちろん、和紙でも良いと思います。

●セロテープ、ハサミ、カッター、油性マジック等

３．ESPr Developer の組み立て

まず、ESPr Developer ( ESP-WROOM-02, ESP8266 ) の組み立ては以下のページをご覧ください。
2.54mmピンヘッダをハンダ付けする作業があります。

ESPr Developer ( ESP-WROOM-02 開発ボード )の使い方をザッと紹介

４．NeoPixel Ring の組み立て

LED のNeoPixel Ring を購入すると、こんな感じでピンヘッダもワイヤーも何も付属しておりませんでした。

裏面はこんな感じです。
5V電源入力、GND、シリアルデータInput、Output 端子があります。

別途購入した2.54mmピンヘッダをニッパで一つずつカットします。

それをブレッドボードにこんな間隔で挿しておきます。

すると、うまい具合にNeoPixel Ring の端子とピッタリハマります。
2.54mmピッチのブレッドボードでも合うように、よく作られていますね。

横から見るとこんな感じです。
この隙間があることで、ジャンパワイヤーを下から通すことが出来るわけです。

ブレットボード上でピンヘッダを表側からハンダ付けします。
気を付けてほしいのは、コテを長く当てすぎるとブレッドボードが溶けるし、LEDにも悪影響がありますので、素早くハンダ付けを終えてください。

ハンダ付けし終わった様子です。

ハンダ付け終わったら、ブレッドボードから一旦外します。
裏から見るとこんな感じです。